Question

岩矿石在破裂过程中的电磁辐射性质

Answer 1

前已述及，某些多金属矿体在音频弹性波作用下，能产生无线电波频段内的脉冲电磁辐射现象。这种震电效应已被利用作为一种新的物探方法——震源电磁辐射法来寻找含有方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿、黄铜矿、毒砂、辉锑矿、辉钼矿、辰砂等金属硫化物矿体。

岩石在破裂过程中伴随的电磁辐射效应，作为一种地震的前兆现象，在国内首先由地震工作者开展了这方面的研究。在室内标本实验研究中，标本均集中于岩石样品（主要是花岗岩、石英岩、灰岩）。但发表的实验结果与认识有较大差异。国外对矿石的实验亦仅在某些文献中见到几条铅锌矿石与磁铁矿石的原始记录曲线。

根据地科院矿床所和合肥工大在对百余块岩石、矿石样品单轴方向加压至破碎过程中，观测到的电磁辐射、声发射及应变现象可得到如下几点认识。

（1）脉冲电磁辐射的产生与标本受压后破裂的形成、发展、解体过程有关。在主破裂前，多次微破裂发生时都可能有电磁信号相对应（有时可多达5～7次）。如图4-5-10所示，为花岗岩（石英含量20%，颗粒直径1～8 mm）标本上观测到的在破裂过程中产生的多次电磁辐射与声发射信号的部分波形曲线。根据大量明显的电磁波与声波信号的初至时差，乘以声波在空气中传播的速度所求得的距离，恰在声传感器至标本体积范围的距离之内，因此电磁信号为标本破裂所引起无疑。

图4-5-10 花岗岩标本（4^＃）破裂过程中的电磁辐射与声发射

（2）脉冲电磁辐射的产生与岩、矿石的成分与结构构造有关。实验表明，凡脉石英或含有一定量石英的岩、矿石标本大都观测到明显的电磁辐射信号，而不含或极少含石英的岩、矿石标本大都未观测到大于干扰水平的电磁辐射信号。岩、矿石破裂辐射电磁波的机理是复杂的，国内外学者在不断的探索中提出了多种假说。根据上述实验结果，可以认为“离子晶体破裂效应”可能是一种主要机理。即离子晶体点阵对称性差、无解理面、破裂面完全是随机的，晶体因破碎而形成的高速荷电粒子或电偶极子群是辐射电磁波的场源。石英正是这样一种晶体（常见α石英、β石英属三方、六方晶系，为中级晶族，无解理面）。因此，绝大部分由细粒结晶石英颗粒组成的含矿或不含矿脉石英类标本产生的电磁辐射信号强且稳定。含有一定量石英的花岗岩或矿石类标本有的能记录到，有的则记录不到电磁信号。这可能取决于石英含量的多少，最主要的是标本在解体过程中，结晶石英颗粒本身是否破裂。这就有很大随机性。因此，即使是脉石英类标本，若其在结构上后生的裂隙或含其他杂质的细脉较发育，则破裂沿裂隙或细脉形成，而石英晶体颗粒本身很少破裂，故也难于发射电磁波。

此外，实验还表明一些富含量（＞90%）的矿石标本（如中粗粒结构的黄铁矿石，铅锌矿石）稍加压即破碎，而且其解体主要是沿矿物晶体之间的界面或矿物本身的解理面（黄铁矿、方铅矿、闪锌矿都属等轴晶系为高级晶族，方铅矿、闪锌矿都有完全解理面）发生，因此也观测不到电磁辐射。对一些致密坚硬，细粒结构富含量的金属矿石标本（如含铜磁铁矿），即使不含石英，因其可能产生晶体破裂效应，故也能观测到电磁辐射。根据野外矿区试验结果可认为，“含有多金属矿脉地带，不总是在所有地段都能产生电磁辐射。宏观来说，多少是单一的块状矿体不产生辐射，而在单一金属矿物的浸染、聚集处，或在块状矿体包裹的岩石上恰能产生辐射”。

图4-5-11 震源电磁辐射信号的振幅频谱

图4-5-12 PRRER信号最大熵法振幅谱

（3）岩矿石在破裂过程中产生的电磁辐射是一种大体从几百千赫到几兆赫无线电波段范围内的广谱辐射，但也能见到较低频率的电磁辐射，图4-5-11是在多金属矿区实测信号的二条振幅谱曲线。图4-5-12是用最大熵法求得的两个矿区实测信号的振幅谱。